并发,并行,异步,多线程
2020-02-05 13:19 盛世游侠 阅读(245) 评论(0) 编辑 收藏 举报转载自:https://blog.csdn.net/mccand1234/article/details/87893925#_5
另外这篇超全面详细的《操作系统之进程管理》也是非常不错,值得一读。
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例子一
你吃饭吃到一半,电话来了,你一直到吃完了以后才去接,这就说明你不支持并发也不支持并行。
你吃饭吃到一半,电话来了,你停了下来接了电话,接完后继续吃饭,这说明你支持并发。 (不一定是同时的)
你吃饭吃到一半,电话来了,你一边打电话一边吃饭,这说明你支持并行。
例子二
并发是两个队列,使用一台咖啡机,并行是两个队列,使用两台咖啡机。如果串行,一个队列使用一台咖啡机,那么哪怕前面那个人便秘了去厕所呆半天,后面的人也只能死等着他回来才能去接咖啡,这效率无疑是最低的。
例子三
去吃虾滑,一个师傅有2个锅子。师傅同时做经典虾滑和牛肉虾滑,类似于(周伯通左右互搏)是并行。一旦师傅停下一方去做另外一方,那就是并发。
我觉得边吃饭边打电话是一个核心,多台处理器同时处理多个任务是多个核心。应该说并行的判断条件是同一时间点能处理多个事件。
进程与线程
1、 进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中,进程是程序的基本执行实体;在当代面向线程设计的计算机结构中,进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述,进程是程序的实体。
2、线程,有时被称为轻量级进程(Lightweight Process,LWP),是程序执行流的最小单元。线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立、可调度的执行单元,是系统独立调度和分派CPU的基本单位,也指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作,称为多线程。
线程是CPU调度和分配的基本单位,一定要和进程是操作系统进行资源分配(包括cpu、内存、磁盘IO等)的最小单位区别清楚。有句话说CPU只能看到线程,可以这么理解,假设我是CPU,我闭着眼,操作系统调度器将一个进程分配给我之后,我拿到进程睁开眼,我看到的是什么?我看到的是进程中的很多线程,那么我现在能调度和分配的是什么?进程?不行,因为我看不到其他进程,何来调度分配,只能调度我看到的那些线程,如果我是4核的话,把线程ABCD分配到核心1234,其他的线程依然要等待分配,至于等待多久,如何分配,暂不在本文讨论范围。于是线程是CPU调度和分配的基本单位。
进程和线程的关系
个人理解
当我在电脑上打开一个foxmail,开启了一个进程,打开一个浏览器,开启了一个进程,当我使用foxmail的时候,收邮件是一个线程,发邮件是一个线程,写邮件又是一个线程,这几个线程同时为进程Foxmail工作,完成Foxmail的全部功能。
异步与多线程
基本概念
- 并发:在操作系统中,是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间,且这几个程序都是在同一个处理机上运行。其中两种并发关系分别是同步和互斥
- 互斥:进程间相互排斥的使用临界资源的现象,就叫互斥。
- 同步:进程之间的关系不是相互排斥临界资源的关系,而是相互依赖的关系。进一步的说明:就是前一个进程的输出作为后一个进程的输入,当第一个进程没有输出时第二个进程必须等待。具有同步关系的一组并发进程相互发送的信息称为消息或事件。
其中并发又有伪并发和真并发,伪并发是指单核处理器的并发,真并发是指多核处理器的并发。 - 并行:在单处理器中多道程序设计系统中,进程被交替执行,表现出一种并发的外部特种;在多处理器系统中,进程不仅可以交替执行,而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。从而可知,并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件,具有并发的含义,但并发不一定并行,也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生。
- 多线程:多线程是程序设计的逻辑层概念,它是进程中并发运行的一段代码。多线程可以实现线程间的切换执行。
- 异步:异步和同步是相对的,同步就是顺序执行,执行完一个再执行下一个,需要等待、协调运行。异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事,不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成,从而可以让主线程干其它的事情。
异步和多线程并不是一个同等关系,异步是最终目的,多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回而可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理。
异步和同步的区别, 在io等待的时候,同步不会切走,浪费了时间。
多线程的好处,比较容易的实现了 异步切换的思想, 因为异步的程序很难写的。多线程本身程还是以同步完成,但是应该说比效率是比不上异步的。 而且多线很容易写, 相对效率也高。
深层次理解
多线程和异步操作的异同
多线程和异步操作两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的,从而提高软件的可响应性。甚至有些时候我们就认为多线程和异步操作是等同的概念。但是,多线程和异步操作还是有一些区别的。而这些区别造成了使用多线程和异步操作的时机的区别。
异步操作的本质
所有的程序最终都会由计算机硬件来执行,所以为了更好的理解异步操作的本质,我们有必要了解一下它的硬件基础。 熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌生,硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标,其实网卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。DMA就是直接内存访问的意思,也就是说,拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源。只要CPU在发起数据传输时发送一个指令,硬件就开始自己和内存交换数据,在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。这些无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。所以即使在DOS这样的单进程(而且无线程概念)系统中也同样可以发起异步的DMA操作。
线程的本质
线程不是一个计算机硬件的功能,而是操作系统提供的一种逻辑功能,线程本质上是进程中一段并发运行的代码,所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。
异步操作的优缺点
因为异步操作无须额外的线程负担,并且使用回调的方式进行处理,在设计良好的情况下,处理函数可以不必使用共享变量(即使无法完全不用,最起码可以减少共享变量的数量),减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高,程序主要使用回调方式进行处理,与普通人的思维方式有些初入,而且难以调试。
多线程的优缺点
多线程的优点很明显,线程中的处理程序依然是顺序执行,符合普通人的思维习惯,所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显,线程的使用(滥用)会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。
适用范围
在了解了线程与异步操作各自的优缺点之后,我们可以来探讨一下线程和异步的合理用途。我认为:当需要执行I/O操作时,使用异步操作比使用线程+同步I/O操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写,还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.Net Remoting等跨进程的调用。
而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合,例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往往由于使用线程编程的简单和符合习惯,所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作。这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅,如果需要处理大量的并发操作时就不合适了。
并发、并行和多线程的关系
并行需要两个或两个以上的线程跑在不同的处理器上,并发可以跑在一个处理器上通过时间片进行切换。
小结
并发的关键是你有处理多个任务的能力,不一定要同时。
并行的关键是你有同时处理多个任务的能力。
所以并发编程的目标是充分的利用处理器的每一个核,以达到最高的处理性能。
单CPU中进程只能是并发,多CPU计算机中进程可以并行。
单CPU单核中线程只能并发,单CPU多核中线程可以并行。
无论是并发还是并行,使用者来看,看到的是多进程,多线程。
参考
https://blog.csdn.net/weixin_30363263/article/details/80732156 (并发和并行区别秒懂)
https://blog.csdn.net/qq_39521554/article/details/79837079#commentsedit (并发与并行的区别,以及与线程的联系)
https://mp.csdn.net/mdeditor/87893925#(谈谈并行、并发或多线程)
https://www.cnblogs.com/csfeng/p/8670704.html ([Java 多线程技术](一)线程和进程以及并行和并发的概念)
https://blog.csdn.net/qiuyubo1/article/details/80288525 (并发和并行,异步与多线程区别)